FoxM1与胰腺癌关系的研究进展

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FoxM1与胰腺癌关系的研究进展

孔凡扬孙涛孔祥毓杜奕奇李兆申

叉头框蛋白M1(forkhead box protein M1，FoxM1)是Fox蛋白家族的成员，是典型的增殖相关转录因子。已有大量的研究证实，FoxM1在多种肿瘤的发生、细胞增殖、侵袭、转移和血管生成等诸多方面发挥重要作用。胰腺癌是目前所知恶性程度最高的肿瘤之一，近年来，其发病率逐年上升，在肿瘤相关性死因中居第4位。胰腺癌患者平均生存时间为6个月，5年生存率低于5%[1-2]。早期诊断难、临床标志物缺乏、晚期治疗手段抵抗等因素是胰腺癌预后差的主要原因，寻找有效早期诊断标志物及临床治疗靶点是目前胰腺癌领域的研究热点。本文就FoxM1在胰腺癌发生、发展中的作用以及临床应用前景作一综述。

一、FoxM1的结构和分型

在结构上，FoxM1以一段由100多个氨基酸组成的同源保守性翼状螺旋DNA结构域为特征。人类的FoxM1基因包含10个外显子，按照其中3个外显子剪接的差异分为FoxM1a、FoxM1b和FoxM1c，它们具有相同的DNA结合区域[3]。FoxM1a没有转录功能，而FoxM1b和FoxM1c均为转录因子，可以特异性结合DNA结构，但功能并不完全相同。

一系列研究表明，FoxM1b和FoxM1c在人类肿瘤的发生、发展中发挥着不同程度的作用，其中FoxM1b更为重要[4-6]。FoxM1a结合DNA上与其他亚型相同的位点而不发挥作用，可竞争性抑制其他亚型的功能，因而被认为是其他亚型的负向调节因子。Kong等[7]研究发现，与其他肿瘤不同，胰腺癌细胞以FoxM1c亚型为主，并首次报道2个新的FoxM1亚型FoxM1b1和FoxM1b2，两者都和FoxM1b密切相关，在胰腺癌细胞中高表达并促进肿瘤细胞的增殖和转移。

二、FoxM1与胰腺癌

1．FoxM1与胰腺癌发生：FoxM1是少数被证实在肿瘤发生早期阶段表达上调的蛋白之一。它通过对多种细胞周期蛋白的调控作用，实现G1/S、G2/M期转换，并维持M期的正常进展。FoxM1蛋白的缺乏会导致细胞周期停滞、进入M期的细胞会发生严重的有丝分裂障碍[8]，进而影响肿瘤进展。多项研究证实，FoxM1在肺癌、前列腺癌、结肠癌等诸多肿瘤中表达显著上调，且其表达量与肿瘤细胞增殖密切相关[9-11]。进一步研究发现，在过表达FoxM1b的转基因小鼠中，FoxM1b对肝细胞癌的进展几乎没有影响，却与肝癌发生早期阶段细胞的增殖活动密切相关[9,12]。有针对胰腺癌的尚未发表的研究显示，FoxM1高表达可诱导正常胰腺导管细胞产生增殖倾向和干细胞特性，同时与其他原癌基因共同作用，诱导细胞发生恶性转化，提示FoxM1在胰腺癌发生中具有重要作用。

DOI:10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2015.02.022

作者单位：200433上海，第二军医大学长海医院消化内科

通信作者：李兆申，Email: zhsli@81890.net

肿瘤干细胞(cancer stem cell, CSC)是一种具有自我更新及分化潜能的肿瘤细胞，其广泛存在于血液系统肿瘤及各种实体肿瘤中。虽然在肿瘤细胞中只占很小的比例(低于3%)，但其对肿瘤临床治疗有着极为重要的意义。CSC是肿瘤对放化疗等治疗手段耐受的根源。最近有研究发现，肿瘤细胞的上皮间质转化(epithelial mesenchymal transition, EMT)与CSC的形成密切相关。Bao等[13]研究发现，过表达FoxM1后CSC表面标志物(CD44和EpCAM)的表达明显上调。另一项研究表明，过表达FoxM1可显著下调miR-200的表达水平，诱导胰腺癌细胞发生EMT，而重新表达miR-200后，FoxM1表达显著下调，同时CSC“干性”受到抑制。由此可见，FoxM1在胰腺癌干细胞“干性”维持中发挥重要作用，miR-200b等miRNA作为FoxM1的下游分子参与了这一过程。

2．FoxM1与胰腺癌细胞的生长和增殖：除了在肿瘤的发生阶段发挥重要作用，FoxM1在肿瘤细胞的生长和增殖过程中也具有重要的调节功能。下调FoxM1可以抑制cyclinB、cyclinD1、CDK2、CDC25a等一系列增殖相关因子的表达，从而抑制胰腺癌细胞生长。p21和p27是CDK的强抑制因子，两种蛋白协同抑制cyclin-CDK复合体的功能，发挥对细胞周期的负性调节作用。Wang等[14]证实，下调FoxM1的表达水平可以减少细胞周期中S期细胞的比例，并通过上调p21、p27的表达，抑制细胞的生长。Survivin是凋亡家族蛋白的抑制因子，该种蛋白可抑制凋亡蛋白酶的活性而负向调控凋亡过程。既往文献已经证实，Survivin为FoxM1蛋白的重要下游分子，抑制FoxM1可显著下调Survivin表达，进而诱导胰腺癌细胞凋亡[15]。因此，FoxM1可通过影响细胞周期、凋亡等多种生物学活动而促进胰腺癌细胞的生长与增殖。

3．FoxM1与胰腺癌血管生成：伴随肿瘤而新生的血管为肿瘤生长和转移提供必须的营养物质，血管生成是恶性肿瘤发生发展中不可或缺的重要步骤。血管内皮生长因子(vascularendothelial growth factor, VEGF)是促进血管生成的诸多调节因子中最为重要的一种，其由肿瘤细胞产生和分泌。Zhang等[6]研究发现，VEGF为FoxM1的下游重要作用靶点。通过作用于VEGF启动子区域的特定结合位点，FoxM1可显著上调VEGF蛋白的表达，促进胶质瘤细胞血管生成能力。突变启动子区域的相应结合位点可降低FoxM1对VEGF的转录调节作用。FoxM1对VEGF的转录调控活性同样存在于胰腺癌中[14]。另一对被证明在血管生成过程中发挥重要作用的调节因子是尿激酶型纤溶酶原激活因子(uPA)及其膜结合受体(uPAR)。它们可以通过调节血管内皮细胞的生长、黏附、迁移等行为来影响血管生成[16-17]。一系列体内、体外实验及临床证据表明，FoxM1为uPA/uPAR复合体的上游调节分子，在其表达上调中发挥重要作用，下调FoxM1可降低uPA/uPAR复合体对多种肿瘤的促进作用。例如在肝癌中，通过siRNA下调FoxM1可以降低uPA的表达，抑制肝癌细胞的恶性表型[18]。另一项针对乳腺癌的研究发现，在下调FoxM1后，uPA/uPAR的表达量显著下调，肿瘤细胞促进血管生成的作用明显减弱[19]。Huang等[20]在胰腺癌中也证实了FoxM1c作为uPAR的转录因子，调节其转录过程，从而促进胰腺癌的发生和发展。

4．FoxM1与胰腺癌的侵袭和转移：肿瘤的侵袭和转移是缩短肿瘤患者生存时间的重要因素。胰腺癌起病隐匿，患者就诊时多已发生转移，失去了手术机会，显著影响患者预后。然而，介导肿瘤转移的确切机制至今尚未完全阐明。一项针对前列腺癌的研究发现，FoxM1高表达与肿瘤淋巴结转移、肝转移及TNM分期密切相关[21]，提示FoxM1在肿瘤的侵袭和转移中发挥着一定作用。细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的重建是肿瘤侵袭和转移过程中的一个关键步骤，重建的过程中需要一些ECM水解酶的参与[基质金属蛋白酶(MMP)、组织蛋白酶等]。最近，多项研究证实FoxM1可调控MMP-2、MMP-7、MMP-9的表达以促进肿瘤细胞的侵袭和转移[22-24]。Dai等[22]针对神经胶质瘤的研究发现，FoxM1可直接调节MMP-2启动子区域，促进其转录表达。而在胰腺癌中，FoxM1可靶向调节MMP-2、MMP-9的表达，促进胰腺癌的侵袭及转移。抑制FoxM1后，上述靶向分子的表达水平明显降低，肿瘤细胞的侵袭、转移和血管生成能力也随之明显下降[14-15]。除对ECM水解酶的调控作用外，对血管生成及EMT过程的调控也介导了FoxM1蛋白对肿瘤侵袭及转移过程的影响[14]。上述分子生物学研究阐明了FoxM1在促进肿瘤转移中的作用及具体机制，使其成为一个潜在的抑制肿瘤侵袭转移的临床治疗靶点。

5．FoxM1与胰腺癌细胞EMT：上皮细胞主要作为一种屏障细胞，同时也具有一定的分泌功能，而间质细胞则发挥着脚手架锚定连接的作用，并在组织的损伤修复中承担着多种重要的角色。EMT是介导肿瘤细胞发生转移的重要机制，上皮样细胞在多种机制的精确调节下可以转变为具有侵袭和转移倾向的间质样细胞。既往的研究发现，在Colo357和Panc02这一类转移性弱的胰腺癌细胞系中，细胞形态更倾向上皮表型，而在L3.7和Panc02-H7这一类转移性强的胰腺癌细胞系中，细胞形态则明显更倾向间质表型[25]。Bao等[13]发现在胰腺癌细胞中过表达FoxM1后，间质表型标志物ZEB、Snail和vimentin水平明显升高。另外过表达FoxM1导致miR-200表达水平下降，而细胞重新表达miR-200后，FoxM1表达水平下降，同时EMT的过程也发生了逆向演化。这项研究提示，FoxM1的过表达在EMT的过程中确实发挥着重要的作用，而miR-200在这个过程中具有一定的调节作用。最近的一项研究发现，FoxM1可以直接作用于Caveolin-1基因的启动子区域，上调Caveolin-1基因表达，从而促进胰腺癌细胞EMT的发生，增强胰腺癌的转移潜能[25]。

三、靶向FoxM1的临床治疗初探

胰腺癌起病隐匿，75%以上患者就诊时已处晚期，失去了手术机会，严重影响患者预后。寻找有效的早期诊断标志物，以对胰腺癌进行早期治疗，是目前胰腺癌研究领域的重要课题。Pilarsky等[26]用微阵列的方法对比胰腺癌组织和癌旁正常组织的蛋白表达谱，首次发现胰腺癌组织中的FoxM1表达量显著高于癌旁正常组织。最近，Xia等[27]利用RT-PCR及免疫组化的方法，从mRNA和蛋白水平证实FoxM1在胰腺癌组织中表达显著升高，进一步的临床数据相关性分析表明，FoxM1表达量与胰腺癌的临床分期、淋巴结转移和组织分化程度密切相关。FoxM1高表达的胰腺癌患者总体生存时间更短。而且，多项研究显示，FoxM1的表达水平是胰腺癌患者不良预后的独立预测因子。FoxM1分子在胰腺癌早期诊治中具有潜在的标志物价值，同时也具有潜在的靶向治疗价值。既往观念认为，FoxM1是一种无“成药性”的转录因子，很难通过药物进行靶向干预。可喜的是，最近有关FoxM1抑制剂治疗胰腺癌的靶向治疗研究已经取得了一定的进展。目前，靶向抑制肿瘤细胞中FoxM1表达的方法主要有RNAi、噻唑类抗生素、蛋白酶体抑制剂等。

1．FoxM1的RNA干扰(RNAi)：RNA干扰技术用于转录后沉默目的基因，通常由一段特殊设计的双链RNA完成。在过去的10年中，RNA干扰技术被广泛地应用于基因功能研究的体内外实验中。众多FoxM1相关研究已经发现，通过RNA干扰技术可以有效抑制癌症发病相关基因的表达。Wang等[14]利用RNA干扰技术下调FoxM1的表达，结果发现随着FoxM1表达水平的下降，胰腺癌细胞的迁移、侵袭、转移等恶性生物学行为也受到明显抑制。另外，利用RNA干扰技术抑制FoxM1还可以显著抑制胰腺癌细胞的增殖、EMT以及新生血管生成过程。RNA干扰技术作为一种可以准确高效抑制目的基因表达的技术，为未来肿瘤的靶向治疗提供了一种可能。

2．噻唑类抗生素：Radhakrishnan等[28]首次发现一种可以抑制FoxM1的噻唑类抗生素——盐霉素A。他们观察到这种药物可以下调FoxM1的转录水平，从而抑制FoxM1蛋白的表达。然后，他们还证实了盐霉素A可以通过抑制FoxM1下游的靶基因(Cdc25B、survivin和CENPB)，降低细胞锚定依赖性生长的能力，进而诱导肿瘤凋亡。之后，他们经过研究又发现了另一种结构类似，且具有FoxM1表达抑制作用的新型抗生素——噻唑硫链丝菌素复合物。这种药物同样可以影响FoxM1的转录活动抑制其蛋白的表达。并且该种药物仅仅对于FoxM1发挥作用，对Fox家族其他基因的表达并无影响。以上的证据表明，噻唑类抗生素具有潜在的靶向抑制FoxM1蛋白的作用。但其作为临床药物的有效性和安全性还需要更多临床研究进行验证。

3．蛋白酶体抑制剂：蛋白酶体是一种具有水解蛋白功能的蛋白复合物。既往研究证明某些肿瘤细胞的生长依赖于蛋白酶体的存在，而蛋白酶体抑制剂可以选择性地杀伤肿瘤细胞而不影响正常细胞的生长。最近有研究报道，FoxM1是介导蛋白酶体发挥抗癌作用的重要靶点[29]。Bhat等[30]发现，常见的蛋白酶体抑制剂如MG115和MG132等可以抑制FoxM1的转录过程和蛋白表达。尽管目前尚未有研究系统阐明蛋白酶体抑制剂对FoxM1蛋白的靶向调控作用，但有研究表明，蛋白酶体抑制剂MG132可以显著抑制BxPC3胰腺癌细胞的生长，且该种抑制效应具有显著的时间和剂量依赖性。硼替佐米(万珂)是第一个被批准上市用于治疗多发性骨髓瘤的蛋白酶体抑制剂类药物。最近研究发现，其对胰腺癌也具有良好的抗肿瘤作用。另外，Matsuo等[31]研究发现，用MG132抑制NF-Kb、VEGF和interleukin-8的表达可以阻断癌症相关的血管生成过程。上述因子介导了FoxM1对胰腺癌细胞的增殖、凋亡以及血管生成活动的调控作用，因此抑制FoxM1的表达很可能是MG132发挥抗胰腺癌作用的关键环节之一。

4．其他：其他一些靶向调控FoxM1转录因子的药物也引起了胰腺癌研究者们的极大关注。染木素(genistein)作为一种来自黄豆产物的天然异黄酮，被证明具有抑制胰腺癌的功能。Wang等[15]用染木素处理胰腺癌细胞后，可以显著降低细胞的增殖、侵袭活性，同时可以抑制FoxM1及其下游基因的表达，该药物与siRNA联合后可对胰腺癌产生协同杀伤作用。多西他赛是一种临床上常用的抑制细胞有丝分裂的化疗药，Li等[32]研究发现其在前列腺癌细胞中可以显著抑制FoxM1蛋白的表达，抑制肿瘤细胞的生长并促进肿瘤细胞的凋亡。在胰腺癌中也观察到类似现象，但具体机制尚未完全阐明。Gusarova等[9]将可以抑制FoxM1表达的缩氨酸抑制剂注射给发生肝细胞癌的小鼠，4周后发现，肿瘤区域的细胞增殖和血管生成明显受到抑制。该研究表明缩氨酸抑制剂或许可以成为一种抑制FoxM1表达，进而抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡的重要药物，但在胰腺癌细胞中尚未见到类似的报道。

四、总结和展望

近年来，FoxM1转录因子因在胰腺癌细胞增殖、侵袭、转移等恶性生物学行为中的重要作用而吸引了越来越多研究者的关注，但是在FoxM1相关通路的研究领域仍然存在着大量的问题需要进一步的探索和验证。关于FoxM1亚型(FoxM1a、b、c等)在不同肿瘤中的表达谱，以及不同亚型之间的相互作用机制尚未完全阐明。FoxM1与其他通路之间的相互作用研究仍存在很大的空白。因此，深入了解FoxM1在胰腺癌发生发展中的作用，寻找有效的FoxM1抑制剂并将其作为分子靶标加以靶向干预，有望为胰腺癌的治疗提供新的思路。

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收稿日期：(2014-09-11)

(本文编辑：吕芳萍)